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JP4025729B2 - アカルボースの回収及び純化の方法 - Google Patents

アカルボースの回収及び純化の方法 Download PDF

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Description

本発明は、アルコール沈殿分離、強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィー及び固定化酵素親和クロマトグラフィーを利用し、アカルボースの発酵液中よりアカルボースの純化と回収を行ない、高純度のアカルボースを獲得する方法に関する。アカルボースは糖尿病治療薬として用いられる。
アカルボース(Acarbose;O−4,6−Dideoxy−4−〔〔〔1S−(1α,4α,5β,6α)〕−4,5,6,−trihydroxy−3−(hydroxymethyl)−2−cyclohexen−1−yl〕amino〕−α−D−glucopyranosyl−(1→4)−O−α−D−glucopyranosyl−(1→4)−D−glucose;C2543NO18,分子量645.63)は、一種のオリゴ糖誘導体であり、可逆的に小腸刷子縁内のαグルコシダーゼ酵素活性を抑制し、炭水化物複合体と二糖を吸収されやすい単糖に変換する消化工程を遅延させるため、食後血糖、血中トリグリセライドとインシュリンのピーク濃度を低減することができる。早期(70年代)はその肉質/脂肪比例を改善する特性により、動物(例えば豚)飼料添加物に常用された。近年、アカルボースがダイエット(或いは降糖薬を併用)が理想的でないインシュリン非依存型糖尿病(NIDDM)患者の血糖コントロールに使用でき、直接インシュリン抵抗性を直接に改変はできないが、食後のインシュリン値を下げることができ、これにより糖尿病心血管併発症を緩和或いは予防できることが研究により分かった。アカルボースは僅かに全身性の不良反応を有するが、腹部膨張、腹部が鳴る、腹下し等の副作用は、ある時間続けて使用すると消える。Bayer社の糖尿病治療薬(グルコバイ(R))は、既に1995年に米国FDAで販売許可された。現在アカルボースの生産菌種のほとんどは放線菌(Actinoplanes sp.)が主要な研究対象とされている。このほか、Stereptomyces glaucescens菌もまたアカルボース生産の能力を有するが、その研究報告は比較的少ない。
現在台湾衛生署は「健康食品の血糖調整機能評価方法」をすでに公布し制定し、これにより「血糖調整」類の保健食品は期待できる健康食品の一つと見なされる。
このほか、東洋人の肥満の主因である澱粉類は、西洋人の脂肪類とは異なり、このためロッシュ社製の脂肪吸収抑制剤であるゼニカル(R)のようなものに対して、アカルボースは糖尿病治療薬のほか、関係ダイエット薬としても期待される。
アカルボースの回収と純化の方法に関しては、特許文献1に記載の技術があり、それは、酸性環境下で、活性炭或いは陰イオン樹脂を利用して脱色を行ない、続いて中性環境下で活性炭にアカルボースを吸着させ、続いてエタノール或いはアセトン溶液を使用し酸性環境下でアカルボースを洗い流し、洗い流した液を中和、真空濃縮後に有機溶剤でアカルボースを沈殿させる、というものである。その純度は85%にしかならず(高圧液相クロマトグラフィー;HPLCによる)、純度が更に高いアカルボースを得ようとすれば、セルロースを基質とするイオン交換クロマトグラフィーにより、アカルボースを部分分割後に、さらに濃縮し及び有機溶剤を用いて沈殿させなければならない。しかしこの方法は活性炭吸着と数回のイオン交換クロマトグラフィーを行なうために工程が複雑となり、製造コストが経済性に符合しなくなった。
周知の技術中、特許文献2によると、陰、陽イオン樹脂を混合して直接発酵液と作用させ、アカルボースを吸着させ、続いて流水でアカルボースを洗い流し、アカルボース溶液にさらに2次陰、陽イオン交換樹脂を通過させた後、塩酸でアカルボースを洗い流し、さらに陰イオン交換樹脂で中和処理し及び冷凍乾燥し、純度52%−58%のアカルボースを得る。
また、別の周知の技術(特許文献3、及び特許文献4)も、特許文献2に記載の方式を利用し、更に強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィーを行ない、最後に塩酸でアカルボースを洗い流し、更に陰イオン交換樹脂で中和処理し及び冷凍乾燥し、純度79%−82%のアカルボースを得る。
以上の周知の技術のアカルボース純化の方法は、いずれも重複して陰、陽イオン交換クロマトグラフィー処理を行なうことでアカルボースの糖液を得て、最後に陽イオン交換クロマトグラフィーで比較的高濃度のアカルボースを得る。しかし、それにより得られるアカルボースの純度は医薬用の糖尿病薬とするには不十分である。
また、特許文献5には、アカルボースを含み純度が高くない溶液にカルボニル官能基を通過させ、アガロース(agarose)、セルロース(cellulose)、デキストリン(dextran)を担体とする弱陽イオン交換クロマトグラフィーを行ない、特定温度及びpH値環境下で、純度が90%のアカルボースを得る技術が記載されている。この方法は工程が複雑な欠点があり、且つ最後に使用する弱イオン交換樹脂価格が高価であり、全体の工程が商業化に見合う経済性を有していない。
このほか、特許文献6に記載の方法は、先に純度が高くないアカルボース溶液を製造し、最後に非芳香族(Non−aromatic)の強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィーにより高純度のアカルボースを得ているが、工程が複雑で使用する樹脂価格が高いという欠点を有している。
米国特許第4,062,950号明細書 米国特許第4,174,439号明細書 米国特許第4,666,776号明細書 米国特許第4,767,850号明細書 米国特許第4,904,769号明細書 WO99/07720号明細書
本発明は従来の技術の工程が複雑で樹脂が高価格であるという欠点に対して改善を行なったものである。上述の従来の技術の採用する方法は、いずれも工程が複雑で、使用するイオン交換樹脂価格が高く、このためコストパフォーマンスが低いという欠点を有している。本発明は、これらの欠点に対して改善を行ない、且つ治療薬として使用できる高純度のアカルボースを得ることができる方法を提供する。
請求項1の発明は、アカルボースを含む発酵液中より高純度のアカルボースを純化及び回収するのに用いられ、アルコール類による沈殿分離、強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィー及び固定化酵素親和クロマトグラフィーの工程を具え
強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィーに使用する樹脂基質はスチレンジビニルベンゼンコポリマー(Styrene divinylbenzene copolymer)であり、且つメトキシメチルメタクリルアミド(Methoxymethylmethacrylamide)成分を含まず、
固定化酵素親和クロマトグラフィーに用いられる酵素はαアミログルコシダーゼ(α−amyloglucosidase或いはα−glucoamylase)とされ、
アカルボースを含む溶液と樹脂の比例は、1ミリリットルの樹脂中に20から200ミリグラムの総糖量が含まれ、
強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィーの工程を実行した後に、さらに溶離液で既に結合したアカルボースを溶離させる工程を具え、該溶離液は0−0.2Nアンモニア水とされ、
固定化酵素親和クロマトグラフィーの工程を実行後に、さらに溶離液で既に結合したアカルボースを溶離させる工程を具え、該溶離液は55−75℃の蒸留水とされ、そのpH値は6から8の間とされ、
得られたアカルボースの純度が95%(wt/wt)より大きく、糖尿病治療薬とされうることを特徴とする、アカルボースの回収及び純化の方法としている。
請求項2の発明は、請求項1記載のアカルボースの回収及び純化の方法において、
純度が83%から87%のアカルボース粉末に水を加えて溶解させる工程、
毎分1.5mLの流速で固定化αアミログルコシダーゼカラムを通過させる工程、
カラム体積の倍数体積の脱イオン水で洗い流すか、脱イオン水で洗い流して210nmの吸光値を平穏とする工程、
65℃の蒸留水でアカルボースを溶離させ、アカルボースを含む部分を収集する工程、 減圧濃縮機で所定の体積まで濃縮する工程、
アルコールを利用してアカルボースを沈殿させ、純度95%以上のアカルボースを得る工程、
を具えたことを特徴とする、アカルボースの回収及び純化の方法としている。
本発明は後に述べる四つの実施例により糖尿病治療薬として運用できる純度の高いアカルボースを製造でき、並びにその製造過程は簡易化され、使用する樹脂のコストが低く、生産コストを下げることができる。
総合すると、本発明はその目的及び機能上、いずれも実施上の進歩性を有しており、産業上の利用価値を有し、且つこれまでにない新発明であり、特許の要件に符合する。
上述の従来の技術の工程及び原料に対する考察に基づき、本発明は先ずアカルボースを含む粗純液の製造を改良する。我々はアカルボースのメタノール或いはエタノール溶液の溶解度生化学特性及び工業レベルの強陽イオン交換樹脂を用いてアカルボースを吸着させ、続いて高濃度の塩化ナトリウム及び特定濃度のアンモニア水でアカルボースに類似の糖類を除去し、最後に特定の特定の高濃度のアンモニア水でさらにアカルボースを溶離させ、これにより75%−80%の純度を達成し、この二つの工程を以て従来の方法における活性炭を利用し及び5から6個のイオン交換樹脂による処理の代わりとし、最後に一次固定化αアミログルコシダーゼ(α−amyloglucosidase或いはα−glucoamylase)カラムを通過させて、95%以上の純度のアカルボースを得る。以上は本発明の独創である。本発明は全工程で使用する溶剤が価格の安いアルコール類、工業レベルのイオン交換樹脂及び酵素であり、前述の従来の技術の方法の、工程が複雑でコストが高い欠点を克服する。
本発明は高純度のアカルボースを純化、回収する方法であり、それは図1に示されるように、開始10後に、アルコール類を利用して沈殿分離15し、続いて強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィー20を実行し、その後、固定化酵素親和クロマトグラフィーを行なう。これにより、アカルボースを含む発酵液中より、アカルボースを純化、回収することができ、糖尿病治療薬として使用できる高純度のアカルボースを得ることができる。そのうち、上述の強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィーに使用する樹脂基質はスチレンジビニルベンゼンコポリマー(Styrene divinylbenzene copolymer)とされ、且つメトキシメチルメタクリルアミド(Methoxymethylmethacrylamide)成分を含まない。該固定化酵素親和クロマトグラフィーに使用する酵素は、αアミログルコシダーゼ(α−amyloglucosidase或いはα−glucoamylase)とされる。
さらに、本発明の方法の詳細な工程について説明する。アカルボースを含む発酵液を、遠心方式或いは濾過により上澄み液或いはろ液を得て、回転式真空濃縮機で1/10倍体積に濃縮し、適量のエタノール溶液或いはメタノール溶液(最終濃度80%)を加え、均一に攪拌後、上澄み液を取り、濃縮してシロップとなし、最後にエタノールでアカルボースを沈殿させ(最終濃度は90%エタノール)、沈殿を取り、適量の蒸留水を加えて溶解させ、総糖濃度を200mg/mLとなし、並びにそのpH値を5から9の間に調整する。
上述中、イオン交換樹脂の処理に関しては、強陽イオン交換樹脂AMBERJET1200H樹脂或いはAMBERJET1200Na型樹脂(Rohm and Hass
社製)を蒸留水で洗い、上澄み液pH値を4.0より大きくする。さらに、上述のイオン交換樹脂に20−200mgのアカルボースを含む糖液(20−200mg sugar/mL樹脂)を加え、10−30分間均一に混合する。樹脂部分を取り出し、蒸留水で数回洗い、さらに1.0N塩化ナトリウム(NaCl)でアカルボースに類似の糖類(Acarbose−like sugars)を洗い流し、続いて0.75Nアンモニア水で洗い流し、最後に1.5Nアンモニア水でアカルボースを溶離させる。濃縮して湿粉状としアルコールで沈殿させ、75−80%(HPLC分析方法による)の純度を達成する。
上述のアカルボース粉末に適量の蒸留水を加え、並びにそのpH値を5から9の間に調整し、室温下で固定化酵素親和クロマトグラフィーカラムを通過させる。その充填物質はAMBERJET4400OH樹脂/αアミログルコシダーゼとする。そしてカラム体積の1から4倍の蒸留水で洗い流し、迅速に55−75℃の蒸留水で溶離させ、アカルボースを具えた部分を収集し、濃縮及びアルコール沈殿させ、最後に遠心方式で沈殿を取り出し冷凍乾燥して95%以上の純度のアカルボースを得る。
図2は本発明の実施例1の操作フローチャートである。まず、アカルボースの発酵液より遠心方式或いは濾過方式で菌糸体を除去(100)し、1000mLのろ液或いは上澄み液(アカルボース濃度2g/L)を取り、減圧濃縮機で濃縮してシロップ状とする(102)。その後、適量のエタノール溶液(最終濃度80%)を加えて攪拌(104)し、30分間攪拌した後、遠心方式で上澄み液を取り出し(106)、さらに減圧濃縮機で濃縮してシロップ状とし(108)、9倍体積の99.9%エタノール溶液中に加え(110)、遠心方式で沈殿を取り出し、並びに適量の水を加えて溶解させる(112)。こうしてアカルボース粗溶液を得る(アカルボース回収量はHPLC定量によると1560mg、純度約10%)(114)。続いて、上述のアカルボース溶液に、100mg sugars/mL樹脂比例となるよう適量の体積の強陽イオン交換AMBERJET1200H樹脂(Rohm and Hass社製)を加え、混合し10分間振動させ(116)、1.0N塩化ナトリウム容積で結合した不純物を洗い流し(118)、続いて0.75Nアンモニア水で結合した残りの不純物(120)を洗い流し、最後に1.5Nアンモニア水で結合したアカルボースを溶離させ(122)、1220mgのアカルボースを得た(124)。その純度は約60%であった。
図3は本発明の実施例2の操作フローチャートである。実施例1で得たアカルボース溶液を利用し、pH値を6.0〜7.0の間に調整(200)し、さらにグラム当たり250mの総糖量(250mg sugars/g resin)の比となるよう適量の体積の陽イオン交換(AMBERJET1200Na,Rhom and Hass社製)樹脂を加え(202)、混合し10分間振動させて上澄み液を取り出す(204)。続いて80mg総糖量/mL樹脂比となるよう適量の体積の強陽イオン交換(AMBERJET1200H,Rhom and Hass社製)樹脂を加え、混合し10分間振動させ、アカルボースを吸着させる(208)。さらに1.0N塩化ナトリウム溶液で結合した不純物を洗い流し(210)、続いて1.5Nアンモニア水で結合したアカルボースを溶離させ、1100mgアカルボースを得た(212)。その純度は約78%であり、これによりアカルボースの濃度をさらに高めることができた。
図4は本発明の実施例3の操作フローチャートである。実施例2中で述べた強陽イオン交換(AMBERJET1200Na,Rhom and Hass社製)樹脂で処理した後のアカルボース上澄み液のpH値を、6.0〜7.0の間に調整し(300)、流速毎分2.5mLで強陽イオン交換(AMBERJET1200H,Rhom and Hass社製)樹脂カラム(8×50cm)を通過させ、脱イオン水で洗い210nmの吸光値を0或いは平穏とし(302)、続いて0.5から1.5N勾配アンモニア水でアカルボースを溶離させ、各20mLを一区画とし、アカルボースを具えた部分を収集し(304)、減圧濃縮機で適当な体積まで濃縮し(306)、最後にアルコールでアカルボースを沈殿させ、920mgアカルボースを得た(308)。その純度は実施例2よりも高かった。
図5は本発明の実施例4の操作フローチャートである。それは実施例3で得た純度85%(その範囲は83%から87%とされうる)のアカルボース粉末に、適量の水を加えて溶解させ(402)、pH値を6.0から7.0の間に調整し(404)、流速毎分1.5mLで固定化αアミログルコシダーゼ〔AMBERJET4400OH,Rhom and Hass社製)/αアミログルコシダーゼ(Sigma社製)〕カラム(8×30cm)を通過させ、カラム体積の2倍の脱イオン水で洗い流して210nmの吸光値を平穏とし(406)、続いて、65℃蒸留水でアカルボースを溶離させ、アカルボースを含む部分を収集し(408)、減圧濃縮機で適当な体積に濃縮し(410)、最後にアルコールを利用してアカルボースを沈殿させて、600mgのアカルボースを得た(412)。その純度は95%以上であった。これにより、本発明の必要とする純度の高いアカルボースを製造でき、それは糖尿病治療薬として使用できる。
本発明の高純度アカルボースを純化回収する主要な工程表示図である。 本発明の実施例1の操作フローチャートである。 本発明の実施例2の操作フローチャートである。 本発明の実施例3の操作フローチャートである。 本発明の実施例4の操作フローチャートである。
符号の説明
10 高純度のアカルボースの純化回収
15 アルコール類で沈殿分離
20 強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィー
25 固定化酵素親和クロマトグラフィー
100 アカルボースを含む発酵液より遠心或いは濾過方式で菌糸体を除去
102 ろ液或いは上澄み液を減圧濃縮機で濃縮しシロップ状となす
104 エタノール溶液中に加え攪拌
106 遠心方式で上澄み液を取り出す
108 減圧濃縮機で濃縮してシロップ状となす
110 数倍体積のエタノール溶液中に加える
112 遠心方式で沈殿を取り出し並びに適量の体積の水を加えて溶解させる
114 粗アカルボース溶液を得る
116 強陽イオン交換樹脂を加え混合、振動
118 塩化ナトリウム溶液で結合した不純物を洗い流す
120 アンモニア水で残った不純物を洗い流す
122 アンモニア水で結合したアカルボースを溶離させる
124 アカルボースを得る
200 実施例1で得た粗アカルボース溶液のpH値を調整
202 適量体積の陽イオン交換樹脂を加える
204 混合振動後に取り出す
206 適量体積の強陽イオン交換樹脂を加える
208 混合振動によりアカルボースを吸着させる
210 塩化ナトリウム溶液で結合した不純物を洗い流す
212 アンモニア水で結合したアカルボースを溶離させる
300 実施例2で得たアカルボース上澄み液のpH値を調整
302 所定の流速で強陽イオン交換樹脂カラムを通過させ、脱イオン水で洗い流して吸光値を0とするかある数値で安定させる
304 アンモニア水でアカルボースを溶離させ、並びにアカルボースを含む部分を収集する
306 減圧濃縮機で適量体積まで濃縮
308 アルコールでアカルボースを沈殿させ純度の高いアカルボースを得る
402 実施例3で得た純度の高いアカルボース粉末に適当な体積の水を加え溶解させる404 pH値調整
406 所定の流速で固定化αアミログルコシダーゼカラムを通過させ、脱イオン水で吸水値が安定するまでカラムを洗う
408 蒸留水でアカルボースを溶離させ並びにアカルボースを含む部分を収集
410 減圧濃縮機で適当な体積に濃縮
412 アルコールでアカルボースを沈殿させて高純度のアカルボースを得る

Claims (2)

  1. アカルボースを含む発酵液中より高純度のアカルボースを純化及び回収するのに用いられ、アルコール類による沈殿分離、強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィー及び固定化酵素親和クロマトグラフィーの工程を具え
    強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィーに使用する樹脂基質はスチレンジビニルベンゼンコポリマー(Styrene divinylbenzene copolymer)であり、且つメトキシメチルメタクリルアミド(Methoxymethylmethacrylamide)成分を含まず、
    固定化酵素親和クロマトグラフィーに用いられる酵素はαアミログルコシダーゼ(α−amyloglucosidase或いはα−glucoamylase)とされ、
    アカルボースを含む溶液と樹脂の比例は、1ミリリットルの樹脂中に20から200ミリグラムの総糖量が含まれ、
    強陽イオン交換樹脂クロマトグラフィーの工程を実行した後に、さらに溶離液で既に結合したアカルボースを溶離させる工程を具え、該溶離液は0−0.2Nアンモニア水とされ、
    固定化酵素親和クロマトグラフィーの工程を実行後に、さらに溶離液で既に結合したアカルボースを溶離させる工程を具え、該溶離液は55−75℃の蒸留水とされ、そのpH値は6から8の間とされ、
    得られたアカルボースの純度が95%(wt/wt)より大きく、糖尿病治療薬とされうることを特徴とする、アカルボースの回収及び純化の方法。
  2. 請求項1記載のアカルボースの回収及び純化の方法において、
    純度が83%から87%のアカルボース粉末に水を加えて溶解させる工程、
    毎分1.5mLの流速で固定化αアミログルコシダーゼカラムを通過させる工程、
    カラム体積の倍数体積の脱イオン水で洗い流すか、脱イオン水で洗い流して210nmの吸光値を平穏とする工程、
    65℃の蒸留水でアカルボースを溶離させ、アカルボースを含む部分を収集する工程、 減圧濃縮機で所定の体積まで濃縮する工程、
    アルコールを利用してアカルボースを沈殿させ、純度95%以上のアカルボースを得る工程、
    を具えたことを特徴とする、アカルボースの回収及び純化の方法。
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